海洋石油CEP 平臺生活樓噪聲控制可行性研究

楊永波

（中海油能源發展股份有限公司，北京 100010）

噪聲作為海洋石油作業平臺存在范圍最廣、潛在危害較大的職業病危害因素，對作業人員的舒適性、工作效率及安全等產生不良影響[1-3]，同時由于其直接致病性較弱，也是最容易被忽略的職業病危害因素。著名的噪聲學專家Kryter 指出[4]，噪聲對身體的不利影響已遠遠超過單純的聽力損失，高噪聲環境將直接導致職業緊張心理，嚴重影響作業人員的精神和行為。

本文通過對海上石油平臺噪聲現狀進行全方位檢測，從噪聲和振動源、空氣聲和固體聲的傳播、建筑結構和材料等方面進行綜合分析，識別噪聲源及噪聲傳播途徑，為改善海上平臺生活區聲環境質量，降低噪聲對人員的危害和影響，及海洋石油新平臺生活樓設計提供噪聲問題解決支持和依據。

1 實驗儀器及數據測量

此實驗，所使用到的儀器包括噪聲頻譜分析儀RION NA-28（精度Ⅰ級）；BSWA 801（精度Ⅰ級）、多通道振動信號分析儀INV3018C（24 位）、便攜式測振儀TV500。在符合測試條件下，對三個海上CEP 平臺進行了生活區噪聲與振動的測試、聲源識別。噪聲測點及數值（包括頻譜）約2300 組，振動測點及數值（包括頻譜）：約880 組。

2 CEP 平臺生活樓噪聲現狀與分析

根據平臺生活區環境噪聲數值統計分析，CEP 平臺生活樓各房間的噪聲值分布如表1 所示。

表1 CEP 平臺生活區宿舍環境噪聲水平統計

宿舍作為平臺人員休息場所，噪聲值的高低對休息質量有著重要的影響，對宿舍內的噪聲水平進行詳細的分析發現，其中近50%的房間噪聲值在45～55 dBA 之間。另外，生活區內環境噪聲各層走廊、無線電室、洗衣間、吸煙室等公共空間噪聲水平均超過55 dBA，辦公室及會議室環境噪聲低于接近55dBA。

各平臺噪聲設備基本相同、平臺結構及生活樓建造材料結構的相似性，在噪聲的傳播原理以及阻隔功能上的相似性，得出結論基本一致，并互相佐證。鑒于此因素，本文選擇CEP3 平臺進行詳細闡述。

3 宿舍內環境噪聲源及路徑分析

3.1 生產區噪聲對生活區影響預測與分析

根據現場對CEP3 平臺的聲源設備及聲場測試結果，平臺生產區主要噪聲源設備如表2 所示。

表2 海上作業平臺生產區主要設備噪聲數值表

海上作業平臺生產區的主要設備噪聲水平較高，尤其是功率較大的壓縮機、注水泵和外輸泵。這些設備也是平臺生產區的主要噪聲源，對周圍環境噪聲影響最大，特別是位于上甲板的透平發電機，和生活樓處于同一甲板層，距離較近，是生活區外圍噪聲的主要貢獻源。從噪聲設備的噪聲頻譜圖上可以看出，設備噪聲呈現寬頻帶特性。與生活樓同一甲板層的透平發電機，其噪聲頻譜中中低頻段噪聲相對較高。（圖2-7）

圖2 透平發電機典型噪聲頻譜圖

圖1 CEP3 上甲板平面圖

圖3 天燃氣壓縮機典型的噪聲頻譜圖

圖4 注水泵典型的噪聲頻譜圖

圖5 CEP3 平臺上甲板噪聲分布云圖（3D）

根據噪聲污染綜合預評價法（包括公式計算預評價、計算機模擬預評價、類比分析預評價）原理，采用的是國際先進的CadnaA 和SoundPLAN 噪聲模擬分析軟件，對CEP3 平臺上甲板透平發電機噪聲場分布進行了數值計算分析。通過數值計算分析對聲場進行評價，分析上甲板噪聲現狀，生產區噪聲源對生活區聲環境的影響預測結果如表3。

表3 上甲板生產區噪聲源對生活區噪聲貢獻統計表

3.2 宿舍建筑隔聲分析

根據隔聲構件（墻體、窗戶、門等）隔聲量經驗計算公式，結合生活樓建筑結構材料，可理論計算出宿舍建筑構件的隔聲量。

3.2.1 針對窗戶單層勻質構件，綜合考慮構件的勁度、吻合效應、阻尼和邊界條件的影響，隔聲量計算的經驗公式為：

圖6 上甲板噪聲分布2D 云圖（1.2 米高）

圖7 噪聲測點布置示意圖

R=16lgM+14lgf－29

100～3150Hz 的平均隔聲量（dB）經驗公式為：

R=16lgM+8(M≥200kg/m2)

R=13.5lgM+14(M＜200kg/m2)

結合平臺相關設計資料，據此可計算得到平臺上生活區窗戶的平均隔聲量在25～30 dB。

3.2.2 針對多層板構件（如墻體、門等）隔聲量計算的經驗公式為：

R=16lg[(M1+M2)f]－30+△R

注：△R 為空氣層附加隔聲量。

100～3150Hz 的平均隔聲量（dB）計算的經驗公式為：

R=16lg(M1+M2)+8+△R ((M1+M2)≥200kg/m2)

R=13.5lg (M1+M2) +14+△R ((M1+M2) ＜200kg/m2)

結合平臺相關設計資料，據此可計算得到平臺上生活區墻體的平均隔聲量在40～50 dB；門的平均隔聲量在25～30 dB。無論是單層結構還是雙層結構，其隔聲特性受到共振和吻合效應的影響，通過設計，盡量使隔聲所要求的頻率避開共振頻率f0 和吻合效應頻率fc。整面墻體的綜合隔聲量取決于墻體本身、門、窗戶、縫隙、孔洞等多個因素，其計算公式為：

R=10lg（(∑Sn)/（∑τnSn））

結合上述各隔聲構件的隔聲量，可計算得到隔墻的綜合隔聲量。其中生活樓墻體面兩相鄰面的綜合隔聲量分別為35～45 dB、32～45 dB。結合隔聲量理論計算結果，并根據工程經驗，本文認為作業區透平發電機等噪聲設備所產生的噪聲傳遞到生活樓，經過生活樓墻壁的隔聲后，預測生活區外圍噪聲傳遞到室內的空氣聲不高于45 dBA。

3.3 生活樓內暖通系統噪聲分析

根據測量，宿舍內主要噪聲源為布風器，布風器噪聲值較大，基本處于60～70dba 之間。經現場勘測，大部分房間布風器可以調節風量大小，風量大小不同，噪聲值也出現變動。為進行單一因素的有效分析，需選擇一個可以關閉布風器的房間進行對比分析。選取306 和315 房間的噪聲進行分析，其中306 房間風口關閉，315 房間風口開啟。306 和315 房間的噪聲值如表4 所示。

表4 宿舍環境噪聲數值表

生活區305 宿舍和306 宿舍室內環境噪聲水平，結合頻譜圖可以看出，306 房間環境噪聲遠遠低于315 房間，這主要是因為306 房間內風口被封堵關閉。風口噪聲是室內噪聲的一個重要來源。通過頻譜對比可以看出，布風器對房間內噪聲的貢獻在125Hz 以上頻段較為顯著。

圖8 CEP3 生活區306/315 房間噪聲頻譜對比圖

圖9 CEP3 生活區306 房間不同位置噪聲頻譜對比圖

通過對306 房間不同位置噪聲頻譜圖分析，可以看出，306 房間窗戶處噪聲高于房間中心，主要集中在50～250Hz 之間，這表明房間窗戶是外部噪聲傳遞到室內的一個重要通道，其隔聲效果低于墻體隔聲效果，尤其在上述頻率范圍內更為明顯，因此在窗戶選型階段，應選擇與墻體隔聲量匹配、中低頻隔聲量高的隔聲窗。

圖10 CEP3 生活樓各房間風口噪聲與室內空間噪聲對比（平均聲壓級）

生活樓各房間風口噪聲與室內空間噪聲對比表明，宿舍內中心區域環境噪聲與風口噪聲在趨勢和規律上基本吻合，進一步說明風口噪聲是宿舍環境噪聲起主導作用，是目前房間內噪聲的主要貢獻源。張慧芳等學者[5]研究認為暖通系統的不合理設計會帶來二次噪聲。

通過查看風道等綜合分析，主要原因在于通風設計不合理，通風系統設計時只考慮通風量，未考慮因管道各房間出風口分支管道變徑所產生的噪聲問題；通風口設計尚需噪聲是否合格驗證；通風口設計可調節風量大小，噪聲隨風口大小存在變化，各個平臺生活樓通風系統在噪聲量控制上均存在一定缺陷。

3.4 平臺振動固體傳聲對生活樓噪聲的影響分析

噪聲的根源在于振動，固體傳聲表現為振動，本次通過測量振動對固體傳聲進行了研究。振動測試結果表明，生產區噪聲源的振動對生活樓幾乎不產生影響。振動并未通過平臺鋼結構進行傳播。從而基本排除了平臺噪聲固體傳聲的影響。

4 結論

通過對三個CEP 平臺的現場勘查、噪聲與振動測試及聲源識別結果，結合后期結果分析和研究，得出如下結論：

4.1 生產區動力設備的振動傳遞到生活區引起的固體傳聲現象不明顯，預測其引起的二次噪聲在40dBA 以下，主要集中在300Hz 以下。

4.2 海上作業平臺生活樓環境噪聲主要來源于暖通空調系統和部分獨立回風系統。其中空調系統包括通過風管和風口傳遞到室內的空氣聲和末端風口的氣流再生噪聲；其次來源于生產區設備運行輻射的高噪聲，該類噪聲的低頻成分空氣傳聲傳遞到室內。

4.3 海上CEP 平臺噪聲水平整體低于目前職業衛生55dBA 的限值標準[6]，但宿舍整體噪聲值水平較高，有近一半的宿舍房間噪聲值在45dbA 以上。相比陸地休息場所噪聲控制標準[7-8]“白天要求小于45dbA，夜間要求小于37dbA”，海上平臺宿舍噪聲標準偏低。另外，陸地標準按照八小時制制定，而平臺作為海油作業人員24 小時工作休息場所，噪聲控制標準應低于45dbA。隨著近些年科學技術水平的提高，以及人們對生活作業環境要求的提高，噪聲的限值逐漸降低將是未來的趨勢。提高海上作業平臺生活區宿舍聲環境質量，提升噪聲控制標準，這也將是海洋石油噪聲控制的未來的趨勢。本文建議參考陸地休息場所噪聲標準，結合噪聲對人體機能的影響，將海上平臺宿舍噪聲控制值設定為45 dbA。